CN101373396B - 限流保护装置及限流保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种限流保护装置及限流保护方法。此限流保护装置包括MOS晶体管、电流检测单元及限流电路；MOS晶体管的其中一源/漏极用以接收第一电压，另一源/漏极用以输出第二电压，而栅极则用以接收栅极驱动信号，据此决定导通电流的大小；电流检测单元用以检测MOS晶体管的导通电流值，据此产生检测结果；限流电路预设有多个电流临限值，并依据指示信号选择上述电流临限值其中之一，以及依据选定的电流临限值与检测结果二者的差而产生栅极驱动信号。本发明提供的装置及其方法，可防止电源供应器在睡眠模式下超载，进而使计算机系统能顺利地由睡眠模式回复为正常模式。

Description

限流保护装置及限流保护方法

技术领域

本发明是有关于一种限流保护装置及其方法，且特别是有关于一种具有多个电流临限值的限流保护装置及其方法。

背景技术

图1为计算机系统所采用的现有限流保护装置的耦接示意图。请参照图1，标示110绘示现有的限流保护装置，120绘示用以连结通用串列总线(universalserial bus，简称USB)周边装置的端口，而130则绘示计算机系统中，与限流保护装置110相关的电路。在标示130中绘示有通用串列总线控制器131及电阻132，还有计算机系统所供应的电源电压VDD1及VDD2。此外，在图中所标示的GND则表示为共同电位。

此限流保护装置110会去检测其所输出的电流是否有超过额定的电流临限值，一般设定为500mA。若没有超过额定的电流临限值时，限流保护装置110就正常输出电压VOUT；而若超过额定的电流临限值时，限流保护装置110就停止输出电压VOUT，并产生过载警告信号OC给通用串列总线控制器131，以告诉计算机系统发生了过载的情形。

限流保护装置110主要包括有MOS晶体管(metal-oxide semiconductortransistor)111、电流检测单元112、限流控制单元113及驱动单元114。电流检测单元112用以检测MOS晶体管111的导通电流值，并据此产生检测结果DS。限流控制单元113预设有上述的额定电流临限值，并判定检测结果DS是否达到额定的电流临限值，当判定为是时便产生停止驱动信号TS及过载警告信号OC。驱动单元114依据致能信号EN决定是否启动，且当驱动单元114启动时便输出栅极驱动信号GS，以导通MOS晶体管111，而当驱动单元114接收到停止驱动信号TS时，便停止输出栅极驱动信号GS。

虽然在现有的技术中，计算机系统通过限流保护装置110来限制输出至USB周边装置的电流的最大值，然而由于此限流保护装置110仅具有一个电流临限值，当计算机系统处于睡眠模式(sleeping mode)时，其电源供应器仅提供约5伏特(V)的电压，以及2～2.5安培(A)的电流，此时如果有多个联结至计算机系统的USB周边装置没有跟着进入睡眠模式，仍然消耗大量的电力，便会使电源供应器超载，导致其输出电压下降。如此一来，计算机系统的必要周边装置便无法获得维持操作的基本电力，因而无法正常操作，进而使计算机系统无法由睡眠模式回复为正常模式(normal mode)。

正常状况下，如果每一个USB周边装置都按照规定来，其实是不会造成电源供应器在睡眠模式下超载的，但是市面上还是流通一些USB周边装置，没有遵照在睡眠模式下只能消耗2.5mA的USB规格限制，因此容易导致计算机系统无法由睡眠模式回复为正常模式。

发明内容

本发明的目的就是提供一种限流保护装置及其方法，其可防止电源供应器在睡眠模式下超载，进而使计算机系统能顺利地由睡眠模式回复为正常模式。

本发明的另一目的是提供一种限流保护装置及其方法，其可依照计算机系统的预设省电模式种类来调整电流临限值。

本发明的再一目的是提供一种限流保护装置，其预设有多个电流临限值，并可根据指示信号来选择上述电流临限值其中之一。

基于上述及其他目的，本发明提出一种限流保护装置。此限流保护装置包括MOS晶体管、电流检测单元及限流电路。MOS晶体管的其中一源/漏极用以接收第一电压，另一源/漏极用以输出第二电压，而栅极则用以接收栅极驱动信号，据此决定导通电流的大小。电流检测单元用以检测MOS晶体管的导通电流值，据此产生检测结果。限流电路预设有多个电流临限值，并依据指示信号选择上述电流临限值其中之一，以及依据选定的电流临限值与检测结果二者之差而产生栅极驱动信号。

基于上述及其他目的，本发明提出一种限流保护方法，适用于限制计算机系统供应至通用串列总线周边装置的电流大小，其中计算机系统具有预设省电模式。此限流保护方法包括下列步骤：首先，定义多个电流临限值。接着，依据指示信号选择上述电流临限值其中之一，其中指示信号用来指示计算机系统是否处于上述预设省电模式其中之一。然后，检测供应至一通用串列总线周边装置的电流大小。接着，判断供应至上述通用串列总线周边装置的电流大小是否达到选定的电流临限值；当判断为是时，将供应至通用串列总线周边装置的电流大小箝制在选定的电流临限值，当判断为否时，正常供应电流至通用串列总线周边装置。

本发明由于设定有多个电流临限值，并可依照指示信号来对应选择不同状况的供应电流大小。若运用本发明于USB端口时，便可依照计算机系统的操作模式来限制提供至USB周边装置的电流大小，并防止电源供应器在睡眠模式下超载，进而使计算机系统能顺利地由睡眠模式回复为正常模式。

附图说明

图1为计算机系统所采用的现有限流保护装置的耦接示意图。

图2为依照本发明一实施例的限流保护装置的内部主要电路的方块图。

图3为依照本发明一实施例的限流保护装置运用于计算机系统中的USB相关装置的耦接示意图。

图4为图3的限流保护装置210的操作流程图。

图5为依照本发明另一实施例的限流保护装置运用于计算机系统中的USB相关装置的耦接示意图。

图6为依照本发明一实施例的限流保护方法的流程图。

附图标号

110、210、510：限流保护装置

111、211：MOS晶体管

112、212：电流检测单元

113、213-1、513-1：限流控制单元

114、213-2：驱动单元

120、320：端口

130、330：标示

131、331：通用串列总线控制器

132、332：电阻

213：限流电路

333：进阶配置及电源介面控制器

401～407、601～605：步骤

CS：控制信号

DS：检测结果

EN：致能信号

GND：共同电位

GS：栅极驱动信号

VIN、VOUT：电压

OC：过载警告信号

SP、SP1～SPN：指示信号

VDD1、VDD2、VDD3：电源电压

具体实施方式

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

图2为依照本发明一实施例的限流保护装置的内部主要电路的方块图。请参照图2，此限流保护装置210主要包括有MOS晶体管211、电流检测单元212及限流电路213。MOS晶体管的其中一源/漏极用以接收电压VIN，另一源/漏极用以输出电压VOUT，而栅极则用以接收栅极驱动信号GS，据此决定导通电流的大小。电流检测单元212用以检测MOS晶体管211的导通电流值，据此产生检测结果DS。限流电路213包括有限流控制单元213-1及驱动单元213-2。限流控制单元213-1预设有多个电流临限值，并依据指示信号SP选择上述电流临限值其中之一，以及依据选定的电流临限值与检测结果DS二者之差而产生控制信号CS。驱动单元213-2依据致能信号EN决定是否启动，并依据控制信号CS产生栅极驱动信号GS。由于电流检测单元212用以检测MOS晶体管211的导通电流值，因此此图中之电流检测单元212的耦接方式仅是用以举例，使用者可依照实际的需要而作变更。

此外，当限流控制单元213-1判断检测结果DS达到选定的电流临限值时，限流控制单元213-1还对应输出过载警告信号OC。当然，使用者可依照实际上的需要而决定是否采用此功能。

由于上述的限流保护装置210可设定多个电流临限值，并可依照指示信号SP来对应选择这些电流临限值其中之一，因此限流保护装置210可以遵照指示信号SP所指示的不同状况来限制供应的电流大小，适合使用于需要依照不同状况来限制供应电流大小的场合。以应用于计算机系统的USB端口为例，则限流保护装置210的耦接方式如图3所示。

图3为依照本发明一实施例的限流保护装置运用于计算机系统中的USB相关装置的耦接示意图。请参照图3，标示210绘示图2的限流保护装置，320绘示用以连结USB周边装置的端口，而330则绘示计算机系统中，与限流保护装置210相关的电路。在标示330中绘示有通用串列总线控制器331、电阻332及进阶配置及电源介面控制器(advanced configuration and power interface，简称ACPI)333，还有计算机系统所供应的电源电压VDD1、VDD2及VDD3。此外，此图中所标示的GND，则表示为共同电位。

假设限流控制单元213-1预设有二个电流临限值，分别为500mA及2.5mA，并假设于正常模式时，通过端口320连结至计算机系统的USB周边装置(未绘示)不能消耗超过500mA的电流，而于睡眠模式时，所述的USB周边装置也不能消耗超过2.5mA的电流，那么限流保护装置210的操作方式便可以用图4来说明。

图4为图3的限流保护装置210的操作流程图。请同时参照图3及图4。限流控制单元213-1依据指示信号SP来判断计算机系统是否处于睡眠模式(如步骤401)。若计算机系统并非处于睡眠模式，限流控制单元213-1便选择500mA作为电流临限值，并判断检测结果DS(即输出电流的大小)是否达到500mA(如步骤402)。当检测结果DS达到500mA，使得选定的电流临限值与检测结果DS二者的差为零，则限流控制单元213-1依据二者之差产生控制信号CS，让驱动单元213-2可依据控制信号CS产生栅极驱动信号GS，进而控制MOS晶体管211的导通程度，以将MOS晶体管211的导通电流大小箝制在500mA，并且限流控制单元213-1还对应发出过载警告信号OC(如步骤403)；当限流控制单元213-1判断检测结果DS未达到500mA，则控制MOS晶体管211维持原本的导通程度，以保持原导通电流的大小，进而正常供应输出(如步骤404)。

相反地，若计算机系统处于睡眠模式，则限流控制单元213-1选择2.5mA作为电流临限值，并判断检测结果DS是否达到2.5mA(如步骤405)。当检测结果DS达到2.5mA，使得选定的电流临限值与检测结果DS二者之差为零，则限流控制单元213-1依据二者之差产生控制信号CS，让驱动单元213-2可依据控制信号CS产生栅极驱动信号GS，进而控制MOS晶体管211的导通程度，以将MOS晶体管211的导通电流大小箝制在2.5mA，并且限流控制单元213-1还对应发出过载警告信号OC(如步骤406)；当限流控制单元213-1判断检测结果DS未达到2.5mA，则控制MOS晶体管211维持原本的导通程度，以保持原导通电流的大小，进而正常供应输出(如步骤407)。

图5为依照本发明另一实施例的限流保护装置运用于计算机系统中的USB相关装置的耦接示意图。请同时参照图3及图5，经过比较之后应可发现，图5中的限流保护装置510与图3中的限流保护装置210二者的电路架构几乎一样，二者的不同处仅在于限流控制单元513-1可同时依据进阶配置及电源介面控制器333所输出的指示信号SP1～SPN来选择多种预设电流临限值其中之一。

虽然在图5所示的例子中，指示信号皆来自进阶配置及电源介面控制器333，但熟知此技术的人应知，只要能据此反应出计算机系统所处的省电模式，使用者也可指定计算机系统中的其他电信号作为指示信号。此外，指示信号也不限定为模拟或是数字形式的信号，使用者只需依据指示信号的形式来对应变更限流控制单元的设计即可。

依照上述将限流保护装置运用于计算机系统的一USB端口的实施例，可归纳出一种限流保护方法，如图6所示。图6为依照本发明一实施例的限流保护方法的流程图。此限流保护方法包括下列步骤：首先，定义多个电流临限值(如步骤601)。接着，依据指示信号选择所述的这些电流临限值其中之一，其中上述的指示信号用来指示计算机系统是否处于多种预设省电模式其中之一(如步骤602)。然后，检测供应至通用串列总线周边装置的电流大小(如步骤603)。接着，判断供应至通用串列总线周边装置的电流大小是否达到选定的电流临限值(如步骤604)。然后，当判断为是时，将供应至通用串列总线周边装置的电流大小箝制在选定的电流临限值；当判断为否时，正常供应电流至通用串列总线周边装置(如步骤605)。

以上所列举的实施例皆是将限流保护装置运用于计算机系统中的USB相关装置，这是为了说明的方便所致，然而这样的列举方式并非用以限制本发明的限流保护装置的运用方式。

综上所述，本发明由于设定有多个电流临限值，并可依照指示信号来对应选择不同状况的供应电流大小。若运用本发明于USB端口时，便可依照计算机系统的操作模式来限制提供至USB周边装置的电流大小，并防止电源供应器在睡眠模式下超载，进而使计算机系统能顺利地由睡眠模式回复为正常模式。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟知此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求所界定的为准。

Claims (9)

1.一种限流保护装置，包括：

一MOS晶体管，所述的MOS晶体管的其中一源/漏极用以接收一第一电压，另一源/漏极用以输出一第二电压，而栅极则用以接收一栅极驱动信号，据此决定导通电流的大小；

一电流检测单元，用以检测所述的MOS晶体管的导通电流值，据此产生一检测结果；以及

一限流电路，预设有多个电流临限值，并依据一第一指示信号选择所述的这些电流临限值其中之一，以及依据选定的电流临限值与所述的检测结果二者之差而产生所述的栅极驱动信号；

其中所述的第一指示信号来自于一进阶配置及电源介面控制器，该进阶配置及电源介面控制器设置于一计算机系统中，所述的计算机系统具有多种预设省电模式，且所述的第一指示信号用于指示所述的计算机系统是否处于所述的这些预设省电模式其中之一；

当所述第一指示信号指示所述计算机系统处于所述预设省电模式其中之一时，所述限流电路限制MOS晶体管的导通电流在选定的电流临限值，以防止所述计算机系统的电源供应器超载，进而使所述计算机系统能顺利地由所述预设省电模式其中之一回复到正常模式。

2.如权利要求1所述的限流保护装置，其中所述的限流电路包括：

一限流控制单元，预设有多个电流临限值，并依据所述的第一指示信号选择所述的这些电流临限值其中之一，以及依据选定的电流临限值与所述的检测结果二者之差而产生一控制信号；以及

一驱动单元，依据所述的控制信号产生所述的栅极驱动信号。

3.如权利要求2所述的限流保护装置，其中所述的第二电压用以供应至一通用串列总线周边装置，且所述的限流控制单元还耦接至一通用串列总线控制器，当所述的检测结果达到选定的电流临限值时，所述的限流控制单元还对应输出一过载警告信号至所述的通用串列总线控制器。

4.如权利要求1所述的限流保护装置，其中所述的限流控制单元还接收一第二指示信号，并依据所述的第一指示信号及所述的第二指示信号选择所述的这些电流临限值其中之一。

5.如权利要求4所述的限流保护装置，其中所述的第二指示信号还来自于所述的进阶配置及电源介面控制器。

6.一种限流保护方法，适用于限制一计算机系统供应至一通用串列总线周边装置的电流大小，其中所述的计算机系统具有多种预设省电模式，所述的限流保护方法包括下列步骤：

定义多个电流临限值；

依据一第一指示信号选择所述的这些电流临限值其中之一，其中所述的第一指示信号用来指示所述的计算机系统是否处于所述的这些预设省电模式其中之一，其中所述的第一指示信号来自于一进阶配置及电源介面控制器，且所述的进阶配置及电源介面控制器设置于所述的计算机系统中；

检测供应至一通用串列总线周边装置的电流大小；

判断供应至所述的通用串列总线周边装置的电流大小是否达到选定的电流临限值；以及

当判断为是时，将供应至所述的通用串列总线周边装置的电流大小箝制在选定的电流临限值，以防止所述计算机系统的电源供应器超载，进而使所述计算机系统能顺利地由所述预设省电模式其中之一回复到正常模式；当判断为否时，正常供应电流至所述的通用串列总线周边装置。

7.如权利要求6所述的限流保护方法，其中在依据所述的第一指示信号选择所述的这些电流临限值其中之一的步骤中，还包括同时依据一第二指示信号选择所述的这些电流临限值其中之一。

8.如权利要求7所述的限流保护方法，其中所述的第二指示信号还来自于所述的进阶配置及电源介面控制器。

9.如权利要求7所述的限流保护方法，其中当判断供应至所述的通用串列总线周边装置的电流大小达到选定的电流临限值时，还对应产生一过载警告信号至一通用串列总线控制器。

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